珠江口微塑料赋存特征与多维生态风险评估：基于水体、沉积物及鱼类组织的综合研究

《Emerging Contaminants》：Occurrence characteristics and multidimensional ecological risk assessment of microplastics in the Pearl River Estuary

　　

摘要专业翻译 微塑料（Microplastics，MPs）因其构成显著生态风险并严重危害人类健康而日益受到关注。河口作为河流与海洋之间的过渡区域，在微塑料输运中发挥着重要作用。本研究调查了中国南方代表性河口区域——珠江口微塑料的丰度、聚合物类型、形态特征及生态风险水平。结果表明，该河口存在微塑料污染，水体与沉积物中的平均丰度分别为1116 n/m3和2702 n/kg。鱼类肠道中丰度最高，这归因于微塑料在消化道内的选择性摄食与滞留。检出的微塑料以玻璃纸（cellophane）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）为主。颗粒形态主要为线状和纤维状，透明或蓝色，粒径小于1 mm。本研究采用污染负荷指数（pollution-load index，PLI）、风险商（risk quotient，RQ）及概率方法评估了珠江口微塑料污染的生态风险。结果表明，珠江口个别采样点存在较高的环境风险水平，凸显了采取针对性减缓策略以防止生态进一步恶化的必要性。总体而言，本研究结果为微塑料的环境管理提供了理论支撑，同时为新污染物防治及健康河口环境构建提供了基础数据与科学依据。

论文解读

一、研究背景与科学问题

塑料制品凭借优异的化学稳定性和低廉成本而广泛应用于日常生活。2024年全球塑料产量高达2.47亿吨，预计2029年将达5.73亿吨。中国是全球最大的塑料生产国和主要消费国。然而，由于大量塑料制品处置不当且相应管理体系缺乏，大部分塑料废弃物进入自然环境，通过一系列物理、化学和生物机制碎裂为粒径小于5 mm的微塑料颗粒。微塑料作为新型全球污染物，因其难以降解、比表面积大且具有强生物累积潜力，对水生生态系统构成威胁。微塑料在尺寸、颜色和形状上与浮游生物相似，常被视觉选择性捕食者摄食，并通过淋巴或循环系统进入鱼类组织与细胞，造成肠道损伤、神经毒性、氧化损伤及代谢紊乱等不良效应。人类通过食用受微塑料污染的海产品和水以及吸入环境空气而摄入微塑料，可能影响代谢、干扰胚胎发育并引发血液、淋巴和免疫系统相关疾病。Leslie等人首次在人类血液中检出微塑料，表明微塑料可在人体内循环，一旦沉积于器官则难以排出并随时间累积。鉴于环境中微塑料丰度不断增加及其生物毒性证据日益增多，开展风险评估以评价其潜在生态影响十分必要。

珠江口是中国最大的河口之一，对该区域的生态和经济发展至关重要。珠江三角洲河流每年向海洋排放约2400–3800吨陆源塑料废弃物，其中包括66吨微塑料。洪奇沥水道作为广州珠江八大入海口之一，位于陆海交界地带，在微塑料输运和迁移中发挥关键作用。然而，以往珠江口微塑料调查多集中于单一介质（仅水体或仅沉积物），鲜有研究同时表征水体、沉积物和野生鱼类组织中的微塑料特征；且现有区域风险评估常局限于一种或两种评价框架。本研究将三种介质（水体、沉积物和鱼类）的野外观测相结合，并应用三种互补的生态风险评估方法——污染负荷指数、风险商和概率方法——对珠江口洪奇沥水道的微塑料污染进行综合表征，为河口提供多介质基线数据和多角度生态风险证据，以支撑当地新污染物管理。

二、研究内容与总体结论

研究人员于2024年4月（丰水期）在珠江口洪奇沥水道沿线的10个采样点（X1–X10）开展野外采样，采集表层水、沉积物和鱼类样本，通过密度浮选、氧化消解和碱消解等方法提取微塑料，利用体视显微镜观测形态特征，并采用显微红外光谱仪鉴定聚合物类型。研究揭示了珠江口微塑料的多介质赋存特征：水体平均丰度为1116 n/m³，沉积物平均丰度为2702 n/kg，鱼类肠道中丰度最高。聚合物以玻璃纸和PET为主，颗粒形态以线状和纤维状为主，颜色以透明和蓝色为主，粒径多小于1 mm。通过PLI、RQ和概率方法三种互补评估框架的综合应用，研究证实珠江口微塑料污染存在较高的生态风险水平，部分采样点需采取针对性减缓措施。

三、关键技术与方法

本研究采用的主要技术方法包括：其一，微塑料提取与鉴定技术，水体样本采用饱和氯化钠（NaCl）密度浮选结合30%过氧化氢（H₂O₂）氧化消解，沉积物样本经冷冻干燥后进行饱和NaCl浮选和H₂O₂消解，鱼类组织采用10%氢氧化钾（KOH）碱消解和甲酸钾（HCOOK）密度浮选，提取的颗粒经体视显微镜观测形态并利用显微红外光谱仪鉴定聚合物类型。其二，生态风险评估方法体系，包括污染负荷指数法（计算各采样点污染系数与区域综合PLI值）、风险商法（基于物种敏感度分布（species sensitivity distribution，SSD）曲线推导预测无效应浓度（predicted no-effect concentration，PNEC），采用中国生态环境部发布的EEC-SSD软件拟合，急性与慢性毒性数据分别以正态模型和逻辑斯蒂模型为最优拟合模型，评估因子设为2），以及概率风险评估法（将环境暴露浓度与毒性数据的概率密度曲线叠加于同一坐标系，利用MATLAB R2021b计算重叠面积）。样本来源为珠江口洪奇沥水道10个采样点的水体、沉积物及当地渔民处购买的6种鱼类。

四、研究结果

4.1 水体中微塑料的赋存特征

水体中微塑料平均丰度为1116 n/m³，整体呈上游至下游递减趋势，但各采样点丰度主要取决于周边人类活动的类型和强度。形态以线状为主（61.3%），其次为纤维（25.8%）、碎片（7.9%）、颗粒（4.3%）和薄膜（0.7%）。颜色以蓝色（33.69%）为主，其次为黑色（21.15%）和透明（20.79%）。粒径以小于1 mm为主，其中0.5–1.0 mm占比最高（32.01%）。共检出13种聚合物类型，以玻璃纸和PET为主，合计占83%。与国内其他水体相比，珠江口微塑料丰度低于广州段珠江、太湖、鄱阳湖和黄河下游近河口段，与洞庭湖、洪湖及长江中下游流域相当，但远高于法国塞纳河和葡萄牙安塞托河，表明中国内陆水体污染相对严重。与长江口以PE和PP颗粒为主不同，洪奇沥水道以玻璃纸和PET为主，反映了珠三角密集的纺织和包装相关活动的影响。

4.2 沉积物中微塑料的赋存特征

沉积物样本仅从6个采样点采集，各点均检出微塑料，平均丰度为2702 n/kg。X4点水体丰度虽低但沉积物丰度最高，归因于该点水流缓慢导致微塑料滞留沉积；X10点沉积物丰度最低（647 n/kg），因其位于河流上游且水流较快，不利于微塑料滞留。形态以纤维（41.42%）和线状（43.79%）为主。颜色以透明（41.67%）为主，其次为蓝色（27.38%）。粒径以小于1 mm为主。共检出7种聚合物类型，以玻璃纸为主（77%），聚酯和尼龙未检出，可能因其低密度而不易沉积于沉积物中。沉积物微塑料丰度高于太湖、鄱阳湖、大辽河和府溪河等区域。

4.3 鱼类组织中微塑料的赋存特征

研究获取了鲻鱼、鲂鱼、罗非鱼、鲢鱼、鲶鱼和真鲷6种鱼类。微塑料在鱼体不同器官中的丰度存在显著差异，肠道中最高。Kruskal–Wallis H检验及Dunn事后多重比较显示，罗非鱼（杂食性底栖鱼类）与其他中上层滤食性或草食性鱼类（如鲻鱼和鲂鱼）之间的微塑料含量存在极显著差异（p < 0.01）；鲂鱼（草食性）与鲻鱼和真鲷之间亦存在极显著差异（p < 0.01）。形态以线状（49.74%）和纤维（32.54%）为主。颜色以透明（28.67%）为主，其次为蓝色（25.66%）和黑色（16.46%）。粒径以0.2–0.5 mm最为常见。鱼类组织中微塑料的优势粒径、颜色和形态与环境水体和沉积物中基本一致，表明环境微塑料暴露在很大程度上塑造了鱼体内的微塑料特征；但鱼类倾向于更频繁地摄食较小粒径（0.2–0.5 mm）的微塑料，提示其存在选择性摄食行为。

五、生态风险评估结果

PLI评估结果显示，各采样点污染系数为0.29–2.51，PLI值为0.71–1.58，区域综合PLI_zone值为0.92。X1、X3、X4和X9四个采样点为中度污染（1 ≤ PLI ≤ 2），其余六个采样点为轻度污染但接近中度污染阈值。整体而言珠江口微塑料污染水平为轻度，但PLI_zone值0.92已接近中度污染阈值（PLI = 1），需采取有效管理措施保护水环境。

RQ评估中，急性毒性数据以正态模型为最优拟合，HC₅为1.02 × 10⁵ n/m³；慢性毒性数据以逻辑斯蒂模型为最优拟合，HC₅为4.16 × 10³ n/m³。急性PNEC为5.1 × 10⁴ n/m³，慢性PNEC为2.08 × 10³ n/m³。短期RQ均小于0.1，无生态风险；长期RQ在所有采样点均超过0.1，部分采样点超过1，表明该水域微塑料存在生态风险。本研究RQ范围为0.15–1.35，高于广州段珠江、太湖、洞庭湖、洪湖、鄱阳湖及长江中下游流域，但低于黄河下游近河口段。本研究的慢性HC₅值低于Everaert等人（3.33 × 10⁴ n/m³）、Jung等人（5.57 × 10⁴ n/m³）和Li等人（1.9 × 10⁶ n/m³）的报道值，可能因为本研究同时纳入淡水和海水水生生物的单种微塑料毒性数据且所选物种对微塑料更为敏感。通过综合淡水和海水物种的毒性数据推导PNEC，可以更全面地保护河口环境中（淡水向海水过渡）的水生生物。

概率风险评估中，环境暴露浓度与急性和慢性毒性数据的概率密度曲线重叠面积分别为0.0176和0.0379，确认珠江口微塑料污染存在相对较高的生态风险。

六、讨论与结论

讨论部分指出，微塑料对生态系统的 adverse effects 因环境中其他化学污染物吸附于微塑料表面而加剧，实际环境中的微塑料往往比仅考虑微塑料单一毒性的实验室研究更具危害性。微塑料与附着污染物的联合效应使风险评估复杂化，未来在毒性数据充足时，应充分考虑微塑料类型、粒径及其对水生生物的联合毒性效应。此外，受当前技术限制，极小粒径微塑料难以识别，检测丰度往往低于实际丰度，导致计算所得RQ值偏低，RQ小于但接近0.1的水域需给予充分关注。

研究结论为：本研究调查了珠江口表层水、沉积物和鱼类样本中的微塑料，分析了其丰度、聚合物组成和形态特征。玻璃纸和PET是主要聚合物类型。多数微塑料呈线状和纤维状，透明或蓝色，粒径小于1 mm，微塑料含量随粒径减小而增加。采用PLI、RQ和概率方法评估微塑料生态风险，结果表明微塑料对珠江口构成环境威胁，多个采样点风险水平相对较高，需采取针对性减缓措施防止风险升级。基于风险评估结果，研究针对洪奇沥水道提出了差异化管控策略：高风险热点区域应优先采取源头控制措施以拦截上游生活源和纺织源微塑料输入，并辅以长期常规监测；低风险点位进行常规监测即可防止污染恶化。研究局限性包括：所有样本仅在单一丰水期采集，无法评估微塑料丰度的季节性变化；小于10 μm的微塑料因仪器和过滤系统限制而未被捕获，真实微塑料浓度可能被低估；纳米塑料未纳入采样和风险评估。未来研究应整合纳米塑料分析并扩大沉积物采样覆盖范围，以更全面地了解珠江口微塑料污染状况。